Hafnium 산화물 분말 CAS 12055-23-1

전통적인 미세 전자 장치에서, 이산화 실리콘은 게이트 절연 층 재료로 사용되어왔다. 그러나, 반도체 기술의 지속적인 개발로 인해 트랜지스터의 크기가 끊임없이 줄어들고 있으며, 이산화 실리콘 게이트 절연 층의 두께는 점차 물리적 한계에 접근하고있다. 이산화 실리콘 게이트 유전체의 두께가 어느 정도 감소하면 게이트 누출 상황이 상당히 증가하여 트랜지스터 성능의 감소와 전력 소비가 증가합니다. 또한, 게이트 절연 층 재료로서 이산화 실리콘을 계속 사용하는 것은 차세대 마이크로 전자 장치에서 더 높은 성능과 더 작은 크기에 대한 수요를 충족시키기가 어려울 것이다.

출현산화물 분말위의 문제를 해결하는 효과적인 방법을 제공합니다. 이산화 실리콘과 비교하여, 이산화물은 더 높은 유전 상수를 가지며 더 얇은 두께에서 동일한 커패시턴스를 제공하여 트랜지스터의 크기를 효과적으로 감소시킬 수 있습니다. 한편, 이산화물은 통합 회로 공정과의 호환성이 매우 높으며 기존 마이크로 전자 제조 공정에 쉽게 통합 될 수 있습니다. 또한, 이산화물 하프 늄의 강유 전기 특성은 비 휘발성 기억 및 기타 필드에 적용 할 수있는 새로운 가능성을 제공합니다.

(1) 트랜지스터 성능을 향상시킵니다
Hafnium 이산화물은 반도체 장치에서 널리 사용되며, 전통적인 SIO ₂ 게이트 절연 층을 대체하는 고 유전체 층을 제조합니다. 하이 -K 유전체 층은 게이트 누출을 효과적으로 감소시키고 트랜지스터의 구동 전류 및 스위칭 속도를 향상 시키며 트랜지스터의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 인텔이 65 나노 미터 제조 공정을 도입했을 때, 비록 이산화탄소 게이트 유전체의 두께를 1.2 나노 미터로 줄이기 위해 모든 노력을 기울 였지만, 트랜지스터가 원자 크기로 감소했을 때 전력 소비 및 열 소비의 어려움은 현재 폐기물 및 비정상적인 열 에너지로 증가했을 때 증가했을 때 전력 소비 및 열 소산의 어려움이 증가했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 인텔은 이산화 실리콘 대신 게이트 유전체로 더 두꺼운 하이 -K 재료 (하프 늄 기반 재료)를 사용하여 누출을 10 배 이상 성공적으로 줄였습니다.

(2) 장치 크기를 줄입니다
고급 프로세스 노드의 지속적인 발전으로 마이크로 일렉트로닉 장치는 크기에 대한 요구 사항이 높아지고 있습니다. 이산화물의 높은 유전 상수는 더 얇은 두께에서 충분한 커패시턴스를 제공하여 지속적으로 수축하는 장치 크기에 대한 수요를 충족시킬 수있게한다. 이전 세대 65 나노 미터 기술과 비교하여, 게이트 유전체가 트랜지스터 밀도를 거의 2 배 증가함에 따라 이산화 하프 늄을 사용하는 45 나노 미터 공정은 총 트랜지스터 수의 증가 또는 프로세서 크기의 감소를 허용합니다.

(3) 전력 소비를 줄입니다
이산화물 하이 -K 유전체 층의 적용은 또한 미세 전자 장치의 전력 소비를 효과적으로 감소시킬 수있다. 게이트 누출을 줄이고 트랜지스터의 스위칭 속도를 높이면 이산화물은 장치 작동 중에 에너지 손실을 줄이고 배터리 수명을 연장하며 장비 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다.

(1) 강유전성의 발견 및 응용 전망
2011 년 Qimonda Semiconductor Company와 독일의 Dresden University of Technology가 설립 한 Namlab 전자 재료 스타트 업 팀은 2011 년 독일의 Dresden Technology가 설립 한 HFO ₂을 준비했으며, 이산화 실리콘 이산화 실로 된 HFO ₂ 박막을 준비했으며, 원자력 층을 통해 10nm 미만의 두께로 도포 된 이산화 실리콘을 사용하여 Ferroelectric 재료의 독특한 히스테리시스 루프를 관찰했습니다. 이 발견은 강유전 전기 기억 분야에서 이산화물을 적용하기위한 토대를 마련했다. Ferroelectric 메모리는 비 휘발성, 고속 읽기 및 쓰기 및 저전력 소비의 장점을 가지고 있으며 차세대 메모리의 중요한 개발 방향으로 간주됩니다.

(2) 강유전성 메모리의 작동 원리
강유전성 메모리는 골전 재료의 강유전성을 사용하여 데이터를 저장하고 읽습니다. 강유전성 재료는 자발적인 분극 특성을 가지며, 외부 전기장의 작용하에 분극 방향이 역전 될 수있다. 강유전성 메모리에서, 다른 데이터 상태 (예 : "0"및 "1")를 나타내기 위해 다른 전기장을 적용함으로써 강유전성 재료의 편광 방향이 변경된다. 외부 전기장을 제거한 후에도 강유전성 물질의 안정적인 분극 상태로 인해, 강유전성 메모리는 비 휘발성 특성을 가지고있다.

(3) 이산화물 강유전성 기억의 장점
전통적인 강유전성 물질과 비교하여, 이산화 뇌하수체 메모리는 다음과 같은 장점이 있습니다.

CMOS 기술과의 우수한 호환성 : 이산화물 Hafnium은 기존 CMOS 제조 공정에 쉽게 통합되어 제조 비용을 줄이고 프로세스 어려움을 줄일 수 있습니다.
작은 크기 : Hafnium 이산화물은 더 얇은 두께에서 강유전성을 달성 할 수 있으며, 이는 기억의 크기를 줄이고 통합을 개선하는 데 유리합니다.
안정적인 성능 : 이산화물이 우수한 화학적 및 열 안정성을 가지고있어 가혹한 환경에서 안정적인 성능을 유지하고 메모리의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

(4) 연구 진행 및 신청 상태
최근 몇 년 동안, 이산화물의 하프 늄의 강유전성에 대한 연구에서 상당한 진전이 이루어졌다. 이미 해외 회사가 HFO 기반 강유전성 메모리를위한 프로토 타입 장치를 생산 한 회사가 있으며, 여러 회사가 3 차원 통합 논리 회로의 개발을 마련하고 있습니다. 기본 과학 연구 분야에서, HFO의 강유전성에 대한 작업이 증가하고 있으며, 원산지, 구조적 위상 전이, 장치 제조 및 강유전성의 에너지 응용이 주요 연구 방향입니다. 그러나, 현재 이산화물 강유전성 기억은 여전히 ​​연구 및 실험 단계에 있으며, 대규모 상업용 응용 분야에서는 여전히 특정 거리가 있습니다.

(1) 유전체 도자기
또한 미세 전자 장치에서 단열, 필터링 및 기타 역할을하는 유전체 세라믹을 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 높은 유전체 상수 및 우수한 단열 성능은 유전체 세라믹을 통해 고주파 및 고온과 같은 가혹한 환경에서 우수한 성능을 유지하여 마이크로 전자 장치의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

(2) 마이크로 카페이터
미세 전자 회로에서, 커패시터는 중요한 구성 요소입니다. 이산화물은 마이크로 커패시터를 제조하는데 사용되어 회로에 안정적인 커패시턴스 값을 제공 할 수있다. 전통적인 커패시터 재료와 비교하여, 이산화물 마이크로 커패시터는 소량, 큰 커패시턴스 값 및 안정적인 성능과 같은 장점을 가지고 있으며, 이는 회로의 통합 및 성능을 향상시키는 데 유리합니다.
(3) 코팅 재료
내마모성과 부식성이 우수하며 미세 전자 장치를 제조하기위한 코팅 재료로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 반도체 칩의 표면에 이산화물 층을 코팅하면 외부 환경 침식으로부터 칩을 보호하고 칩의 신뢰성 및 서비스 수명을 향상시킬 수 있습니다.